CN103382670B - 一种过热蒸汽发生器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种过热蒸汽发生器，向定向秸秆拆解设备的拆解罐内输送蒸汽，过热蒸汽发生器主要由多个加热单元构成，加热单元包括内部设有介质通道的加热壳体和设在加热壳体内的对进入介质通道的介质加热的干烧加热管，加热壳体用于安装在拆解罐上，加热壳体设有与介质通道连通的介质进口和介质出口。本过热蒸汽发生器是与大气连通的开放式过热蒸汽发生器，在发生器内不存在向电热锅炉那样温度与压力对应的函数关系，依据水在高温状态下直接汽化的原理，再经过多个加热单元的接力加热，将汽化的热蒸汽温度接力升高到定向拆解秸秆纤维工艺规定的温度，并输送到拆解罐中。

Description

一种过热蒸汽发生器

技术领域

本发明涉及竹木和农业废弃物秸秆处理技术，具体地说，本发明涉及一种定向拆解秸秆纤维设备的蒸汽发生器。

背景技术

我国是农业大国，也是生物质资源大国，目前秸秆资源除一小部分用作动物饲料和生活燃料外，每年近七亿吨秸秆资源需要处理，但因缺乏相应的处理技术与设备，大部分秸秆因无处存放只能废弃或被农民一把火直接烧掉，这样造成了极大的资源浪费。

近年来，国内外广大科技工作者研究秸秆预处理的方法也很多，分别有化学法、热喷法、蒸煮法、汽爆法。其中汽爆法是近年来研究最多，也是较其余三种方法处理秸秆时间最短，没有环境影响，最有前途的，一种纯物理法处理秸秆技术。

当今国内外汽爆技术的研究焦点，主要集中在加温、加压和解压时间等关键技术上，有学者提出秸秆汽相蒸煮物理化学变化技术，如公开号为CN101608412A的专利文献中则公开了一种微波----汽爆同步耦合法对植物秸秆去晶化的方法，此方法提出采用电加热蒸汽发生器产生150℃～235℃饱和压力蒸汽，对秸秆进行预热、加压，采用二级比吸收率为100～9000W/（Kg干秸秆）的微波继续升温并加压作用与秸秆的结晶组织，达到辅助去晶化的目的，这种电加热锅炉产生的温度范围为150℃～235℃饱和压力蒸汽，所对应的压力为0.37MPa和3MPa之间，温度和压力之间呈一定的函数对应关系，其加热蒸汽的技术性能与普通锅炉相同，都不能将温度与压力两项技术指标分开独立控制，最终会导致要升高压力，就必须升高温度，其结果会引起秸秆中的纤维染色团，随着温度上升发生由金黄色到褐黑色再到黑色颜色变化，最终发生秸秆炭化；因为高温使秸秆内部组织发生裂解反应，所获得的秸秆纤维在高值化方面将大打折扣，影响最终纤维产品质量

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种为定向拆解秸秆纤维设备提供压力蒸汽的过热蒸汽发生器。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种过热蒸汽发生器，用于定向拆解秸秆纤维设备上，定向拆解秸秆纤维设备包括用于盛装秸秆物料的拆解罐和与拆解罐连接的对拆解罐内的秸秆物料加压的空气压缩机，过热蒸汽发生器向拆解罐内输送蒸汽，过热蒸汽发生器主要由加热单元构成，加热单元包括内部设有介质通道的加热壳体和设在加热壳体内的对进入介质通道的介质加热的干烧加热管，加热壳体用于安装在所述拆解罐上，加热壳体设有与介质通道连通的介质进口和介质出口。

所述加热壳体的介质通道中沿长度方向设有多个挡板，挡板交错布置，形成的介质通道为让介质通过的蛇形加热通道。

所述干烧加热管外套有盲管，盲管与干烧加热管之间具有呈封闭状态的空腔。

所述盲管穿过各个所述挡板。

所述挡板设有四块。

所述加热单元设有通过外设管道依次连接的三个，第一个加热单元为将进入其加热壳体中的液态水介质直接汽化转变成蒸汽的一级加热单元，第二个加热单元为将一级加热单元流出的蒸汽接力加热的二级加热单元，第三个加热单元为将二级加热单元流出的蒸汽接力加热至设定温度的三级加热单元。

所述一级加热单元、二级加热单元和三级加热单元采用电气Δ或Y接法。

所述加热单元的加热壳体为矩形管结构。

采用上述技术方案，与现有技术相比，本过热蒸汽发生器是与大气连通的开放式过热蒸汽发生器，在发生器内不存在像电热锅炉那样温度与压力对应的函数关系，本过热蒸汽发生器是依据水在高温状态下直接汽化的原理，再经过多个加热单元的接力加热，将汽化的热蒸汽温度接力升高到定向拆解秸秆纤维工艺规定的温度，并输送到拆解罐中，使拆解罐中的生物质秸秆的结晶组织变得柔软可塑，降低木质素与纤维素和半纤维素的连接强度，辅助空气压缩机产生的压力空气将秸秆定向拆解成秸秆纤维，因为空气压力可单独控制，温度可由过热蒸汽发生器单独控制，所以就可控制秸秆纤维中的染色团受温度影响而发生颜色变化，也就是说可控制秸秆在汽相蒸煮过程中物理化学变化的反应速度，最终可获得金黄色的高值化秸秆纤维。

附图说明

图1为定向拆解秸秆纤维设备的结构示意图；

图2为拆解罐的结构示意图；

图3为拆解罐外筒体、内筒体和调节杆连接的俯视图；

图4为卸料阀上的快速开启装置的结构示意图；

图5为杠杆和锁紧机构、蓄能组件连接的结构示意图；

图6为快速开启装置安装在卸料阀上的结构示意图；

图7为本发明的过热蒸汽发生器的加热单元的结构示意图；

上述图中的标记均为：1、拆解罐；2、加料阀；3、空气压缩机；4、加压阀；5、过热蒸汽发生器；51、加热壳体；52、干烧加热管；53、盲管；54、挡板；55、介质进口；56、介质出口；

6、解压卸料阀；7、纤维膨胀仓；8、迷宫式消声器；9、防失稳机构；10、外筒体；11、内筒体；12、上法兰盘；13、上封头；14、下封头；15、下法兰盘；16、调节杆；

17、阀杆；18、固定座；181、底板；182、顶板；19、蓄能组件；191、同芯双拉簧；20、延长轴；21、杠杆；22、棘轮；23、棘齿；24、转盘；25、蜗轮蜗杆减速器；26、链轮机构；27、主动齿轮；28、扇形齿轮；29、锁块。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明一种过热蒸汽发生器5，用在定向拆解秸秆纤维设备上，用于对定向拆解秸秆纤维设备的拆解罐1进行预热，并向拆解罐1中输送高温蒸汽，定向拆解秸秆纤维设备的拆解罐1上还连接有空气压缩机3，空气压缩机3为拆解罐1内的秸秆物料加压。本发明的过热蒸汽发生器5主要由加热单元构成，如图7所示，加热单元包括内部设有介质通道的加热壳体51和设在加热壳体51内的对进入介质通道中的介质加热的干烧加热管52，加热壳体51用于安装在拆解罐1上，加热壳体51设有与介质通道连通的介质进口55和介质出口56。介质为水或者蒸汽，干烧加热管52连接电源。

本过热蒸汽发生器5的加热单元设有三个，三个加热单元通过外设的管道依次进行连接，第一个加热单元为将进入其加热壳体51的介质通道中的液态水介质直接加热汽化转变成蒸汽的一级加热单元，第二个加热单元为将一级加热单元流出的蒸汽接力加热的二级加热单元，第三个加热单元为将二级加热单元流出的蒸汽接力加热至设定温度的三级加热单元。一级加热单元上的介质进口55上安装有进水阀，一级加热单元的介质出口56与二级加热单元的介质进口55连接，一级加热单元流出的蒸汽进入二级加热单元加热壳体51的介质通道中接力加热。二级加热单元的介质出口56与三级加热单元的介质进口55连接，二级加热单元流出的蒸汽进入三级加热单元加热壳体51的介质通道中再次接力加热，直至蒸汽温度达到设定温度，最终由三级加热单元的介质出口56向拆解罐1内输送过热蒸汽。三个加热单元安装在拆解罐1的外筒体10上，相邻两个加热单元之间用紫铜管作为连接的管道。

一级加热单元、二级加热单元和三级加热单元是一组符合电气Δ或者Y接法的组合体，三个干烧加热管52之间的电气连接一组符合电气Δ或者Y接法的组合体。

加热壳体51为矩形管状，采用304#不锈钢矩形管制成。加热壳体51通过外部设置的固定块安装到拆解罐1的外筒体10上，且为纵向布置。

加热壳体51两端封闭、内部中空，其内部为介质通道。在加热壳体51内，沿长度方向还焊接有偶数个矩形的挡板54，挡板54交错对称布置，形成的介质通道为让介质通过的蛇形加热通道。挡板54从加热壳体51的内侧壁开始沿与加热壳体51长度方向相垂直的方向一直延伸至加热壳体51的中间位置，即挡板54的面积为加热壳体51内部横截面积的一半。盲管53在加热壳体51的中部穿过各个挡板54，在各挡板54上开有半圆形的孔。

加热壳体51内部挡板54的个数由设计的介质通道的总长决定，介质通道越长热交换效率就越高，水汽化速度和蒸汽的温升速度就越快。在本过热蒸汽发生器5中，各加热单元的加热壳体51中内设置四个挡板54，分成偶数等分，两两一组分别设在加热壳体51相对的两个内侧壁上。

在加热壳体51内，沿长度方向布置有一根盲管53，盲管53通过挡板54上的半圆形孔穿过所有的挡板54。盲管53采用304#不锈钢管制成，盲管53的直径比干烧加热管52的直径大1mm，干烧加热管52插入盲管53中，盲管53两端与加热壳体51的两端内壁密封连接，盲管53与干烧加热管52之间就形成了呈封闭状态的空腔，不让高温蒸汽或者水渗漏，确保水电汽完全分离。

干烧加热管52的额定电压和功率为380V、2000W，干烧加热管52上用于与电源连接的接头伸出于加热壳体51外。一级加热单元中的干烧加热管52可以将进入加热壳体51中的水直接汽化成蒸汽，二级加热单元和三级加热单元中的干烧加热管52将进入各自加热壳体51中的蒸汽继续加热，进一步提高蒸汽的温度，使蒸汽温度达到设定值。系统中一级加热单元要将被汽化的蒸汽温度加热至110℃，二级加热单元和三级加热单元将蒸汽接力加热，直至蒸汽温度升高到规定的350C°，然后将连续不断的高温蒸汽输送到定向拆解秸秆纤维设备的拆解罐1内，供软化秸秆物料用。

各加热单元中的干烧加热管52可以干烧，通过干烧发热管的干烧，过热蒸汽发生器5在拆解罐1的外部干烧加热，一是对拆解罐1进行预热，二是对拆解罐1内秸秆物料提供保温功能，用于保持稳定的秸秆结晶强度，三是提供调节拆解罐1内秸秆物料孔隙与空洞中的含水率功能。

另外通过干烧加热管52的干烧，除在拆解罐1周围外加热、保温外，还可以通入室温空气在蛇形加热通道内接力加热，干燥的高温热空气对秸秆物料进行烘燥，也可降低拆解罐1内秸秆物料的含水率。

本过热蒸汽发生器5可以与定向拆解秸秆纤维设备的控制系统连接，通过控制系统控制干烧加热管52开启或关闭，以及进水阀的开启或关闭。

在定向拆解秸秆纤维设备处理秸秆过程中，除要用水对秸秆进行一定的预浸处理软化秸秆物料外，还要通入高温蒸汽，增加水合作用，继续降低生物质秸秆内的木质素与纤维素和半纤维素的连接结晶组织强度，但是秸秆组织内存在过量的水分子会影响秸秆加热速度，占据生物质秸秆内孔隙与空洞，削弱压力空气对秸秆的处理效果；因为秸秆物料的起始含水量对生物质秸秆及竹木等物料拆解成纤维有较大影响，一定的含水量可促使半纤维素溶出，使物料形成多孔性；秸秆的孔隙度大，则有利于压力气体渗入生物质秸秆内部间隙，形成较大的拆解功率；若水分子大部分占据秸秆内部则会造成孔隙度小，其结果会要求更剧烈的拆解秸秆纤维条件。

采用上述结构的过热蒸汽发生器5，温度可以从室温升高到350℃，并且连续可调，不与拆解罐1内的压力呈函数对应关系，是为了适应稻草、麦草等生长密度小的秸秆到竹、木等生长密度大的树木被拆解成生物质纤维，而设计的温度区间，对秸秆等生物质处理，采用过热蒸汽会使生物质秸秆中的结晶组织变得柔软可塑，降低木质素与纤维素和半纤维素的连接强度，辅助压力空气将秸秆定向拆解成秸秆纤维，这种方法因为空气压力可单独控制，温度可由干烧式过热蒸汽发生器5单独控制，所以就可控制秸秆纤维中的染色团受温度影响而发生颜色变化，也就是说可控制秸秆在汽相蒸煮过程中物理化学变化的反应速度，最终可获得金黄色的高值化秸秆纤维，这种降低生物质秸秆内木质素与纤维素和半纤维素的连接强度技术方法和控制秸秆在汽相蒸煮过程中物理化学反应速度的处理方法，与现有技术中的其它预处理方法不同。

本过热蒸汽发生器5就是运用这一双向可逆控制含水率的技术方法来控制定向拆解秸秆纤维设备拆解罐1内秸秆物料的含水率，关于这一技术特征与目前采用汽爆法处理秸秆设备和以加拿大桑普达公司为代表的当今国外最先进“连续汽爆设备”加热技术方法不同，因为现在国内外汽爆设备的共同之处都是采用锅炉加热技术，都是存在汽爆设备加压腔内，秸秆物料的含水率不能控制问题，以至于设备在喷放阶段，没有形成真正意义上“蒸汽爆炸”条件，所储的蒸汽能量在最短时间内，没有在秸秆及竹木等生物质物料维管和孔隙中得到最有效的“爆炸”释放，设备解压喷放后纤维中夹生料多；同时还存在着球阀在频繁喷放过程中，蒸汽损失量大，锅炉升温升压慢，解压球阀虽采用了硬质合金，但还是磨损严重，一个质量较好的球阀其寿命也就一个月时间等技术问题。

实施例一

如图1所示为采用本过热蒸汽发生器5的一种定向拆解秸秆纤维设备，其包括拆解罐1、空气压缩机3、纤维膨胀仓7、解压卸料阀6、加料阀2、过热蒸汽发生器5以及控制系统，该控制系统为一种PLC控制系统，控制系统与拆解罐1、空气压缩机3、纤维膨胀仓7、解压卸料阀6、过热蒸汽发生器5连接，控制系统与拆解设备各部件形成逻辑控制关系，保证系统各机构按照指令有序工作。

本设备在工作时，将需要定向拆解的秸秆从加料阀2进入拆解罐1中，拆解罐1用于对生物质秸秆进行预处理，为秸秆的后续的膨胀相变提供必要的条件，在预处理后通过开启解压卸料阀6，拆解罐1中的秸秆解压释放，最终进入纤维膨胀仓7中进行拆解，变成纤维而被收集。根据需拆解的生物质秸秆物料种类的不同，在控制系统中预先设定拆解罐1的压力、温度和秸秆含水率三项工艺参数的数值。

如图1所示，拆解罐1与能够提供高压的空气压缩机3通过气管道进行连接，在气管道上设有与控制系统连接的加压阀4，加压阀4为电磁球阀，空气压缩机3给拆解罐1内的秸秆加压，拆解罐1要求要能够承受4MPa的压力。在设备运行时，根据需定向拆解的生物质秸秆物料种类的不同，在控制系统中预先设定拆解罐1内的压力、温度和秸秆含水率三项工艺参数的数值。在加入秸秆物料后，拆解罐1需要预先预热，以使其内部的温度达到设定的温度值。本设备直接使用了空气压缩机3替代了锅炉加压，实现了拆解罐1内压力的独立控制，还降低了成本和能源消耗，也减少了环境污染。为了实现拆解系统自动交替处理，拆解罐1可以成对设置，根据产能需求，由用户自行呈偶数配置拆解罐1的个数，如2、4、6···等等，在拆解时，每隔5分钟拆解罐1自动解压一次，向纤维膨胀仓7中释放秸秆，成对的另一个拆解罐1也再交替解压一次，那么在同一时间段内，就相当每隔2.5分钟时间间隔里向纤维膨胀仓7解压一次，如再增加成对的拆解罐1，那么本设备就会在高频率解压情况下，向纤维膨胀仓7内泄放。这样通过增加拆解罐1的个数，可以对秸秆进行批量处理，在工业上就能实现纤维的连续化生产。如图1所示，在本实施例中拆解罐1设有一对。

如图2所示，拆解罐1包括外筒体10和内筒体11，外筒体10采用20#锅炉钢制成，内筒体11为采用304#不锈钢弯曲形成的圆筒，但是在钢板两端不封闭，为内筒体11的变形留有一定的余地。内筒体11的筒壁与外筒体10的内壁之间具有一定的间隙。进入拆解罐1中的秸秆要落入内筒体11中和外筒体10的底部，外筒体10和内筒体11之间间隙的大小，可以视温度高低而设定的温度场进行调节。因此通过间隙的调整，可以调节内筒体11中的温度场高低，以防止因过高温度将秸秆裂解变性。在拆解罐1的内部设有用于调节外筒体10和内筒体11之间间隙的调节杆16，调节杆16穿过内筒体11与外筒体10螺纹连接，由于内筒体11可以进行一定程度的变形，通过在内筒体11内旋转调节杆16，调节杆16可以使内筒体11撑开或收缩，达到调节间隙的目的，如图3所示，调节杆16沿内筒体11圆周方向均匀分布。

过热蒸汽发生器5与拆解罐1连接，过热蒸汽发生器5能够自发热，将其内部的水汽化，向拆解罐1内部输送350℃的高温蒸汽，过热蒸汽发生器5上具有进水阀，控制系统可以控制进水阀自动开启，水在过热蒸汽发生器5内迅速汽化，变成350℃高温蒸汽后输送到拆解罐1内。过热蒸汽发生器5能够产生350C°高温蒸汽，除可以控制拆解罐1内秸秆含水率这一关键工艺参数外，还具有升温软化秸秆，降低木质素与纤维素、半纤维素之间连接强度的功能，可以根据需要，在不影响秸秆纤维品质的基础上，控制过热蒸汽发生器5产生的蒸汽的温度和拆解罐1内秸秆的含水率，实现了秸秆含水率的独立控制这是现有技术中锅炉法这种间歇式秸秆汽爆处理设备没有的功能。另外，采用过热蒸汽发生器5，其造价仅为几千元，与锅炉相比，显著降低了设备成本。

如图1所示，加料阀2设在拆解罐1上端的物料入口处，解压卸料阀6设在拆解罐1下端的物料出口处，在解压卸料阀6上安装有一种快速开启装置，快速开启装置能够实现解压卸料阀6在不超过1ms的时间内开启，加料阀2的直径要大于解压卸料阀6的直径，设置大直径的加料阀2以便于装料，设置小直径的解压卸料阀6便于形成2倍流体速度，解压卸料阀6与控制系统连接，受控制系统控制进行快速开启或关闭；如图2所示，拆解罐1的上端和下端，即外筒体10的上端和下端为锥形的封头，分别为上封头13和下封头14，在上封头13和下封头14上分别连接有上法兰盘12和下法兰盘15，内筒体11位置则与外筒体10的中部对齐，外筒体10装配工艺要求锥形封头和法兰盘是椭圆弧过渡连接，防止应力集中。上法兰盘12与加料阀2密封连接，下法兰盘15和解压卸料阀6密封连接，要求法兰盘上大下小，即上法兰盘12与下法兰盘15之间的直径成1.5倍比例，拆解罐1内筒体11和解压卸料阀6出口的缩径比为2倍流体速度关系，即秸秆在内筒体11中的流速是在解压卸料阀6出口处流速的2倍，便于秸秆被高速喷入纤维膨胀仓7中。

加料阀2和解压卸料阀6可以采用偏心半球阀、球阀或者其它种类的阀门。在本设备中则优选为偏心半球阀，偏心半球阀在关闭时阀芯球面沿阀座渐进，阀门具有剪切功能，能有效避免阀门被秸秆堵塞，避免阀门的磨损。

如图6所示，解压卸料阀6上安装有快速开启装置，如图4所示，这种快速开启装置包括用于安装在解压卸料阀6的阀体外部的固定座18和安装在固定座18上的阀杆连接组件、蓄能组件19、阀门复位组件。如图6所示，本快速开启装置安装在解压卸料阀6上。阀杆连接组件与解压卸料阀6的阀杆17固定连接，能够将储存的能量向外释放的蓄能组件19与阀杆连接组件连接，蓄能组件19对阀杆连接组件施加作用力带动阀杆17转动开启阀门，阀门复位组件也与阀杆连接组件连接，对阀杆连接组件施加反向的作用力带动阀杆17转动关闭阀门，同时完成蓄能组件19的蓄能。

与现有技术相比，将采用上述结构的快速开启装置安装在解压卸料阀6上，可以确保阀门在毫秒级时间内快速开启，即在“汽体爆炸”这个毫秒级物理范畴里，完成对阀门的解压要求，只有在短时间内完成阀门的开启，才能区别“喷放”和“膨化”的处理方法，而且不超过1ms的解压时间与解压时间0.00875s相比，保证“汽体爆炸”脉冲宽度范围更宽裕，形成拆解压力峰值更平滑、稳定，避免峰值在下降沿段阀门才被完全开启的现象出现，保证秸秆物料泄料的第一秒到释放结束，秸秆物料始终符合稳定的“汽体爆炸”条件。

如图4所示，固定座18包括底板181和顶板182，如图6所示，底板181用于将整个装置安装在解压卸料阀6上，底板181和顶板182还用于承载各组件。底板181和顶板182通过螺栓固定连接，在底板181和顶板182之间具有用于设置各组件的空间。

如图4和图5所示，蓄能组件19安装在底板181上，蓄能组件19包括同芯双拉簧和安装在同芯双拉簧191两端的拉簧座。该同芯双拉簧191包括一个外拉簧和插入外拉簧内的内拉簧，外拉簧和内拉簧的直径不同、长度相等，同芯双拉簧191一端的拉簧座阀杆连接组件连接，另一端的拉簧座与固定座18的底板181连接。在底板181上设有支杆，拉簧座通过其上的一个安装孔套接固定在该支杆上。采用同芯双拉簧191，可以在不增大蓄能组件19整体大小的情况下，产生足够大的拉力，而且，当一根拉簧折断后，另一根拉簧还可以起到蓄能和释放能量的作用，提高了工作可靠性。在需要开启阀门时，蓄能组件19释放能量产生拉力，同芯双拉簧191收缩拉动与其连接的阀杆连接组件动作，带动阀杆17旋转，阀杆17旋转90°，实现阀门快速开启。当需要阀门关闭时，阀杆连接组件反向推动蓄能组件19进行蓄能，同芯双拉簧191被拉长，储存能量，为下一次的阀门开启做准备。

由胡克定律：在弹簧的弹性限度内，弹簧的伸长与受到的拉力成正比。

则              F=kX，

式中的X表示弹簧的伸长（mm），也就是弹簧拉伸后的长度减去压缩后的长度得到的数，k是比例系数，叫做弹性系数（kg/mm），F表示弹簧的拉力大小（kg）。其中：弹性系数=线径*1000/C的3次方*工作圈数，C=弹簧中径/线径弹簧中径=弹簧外径-线径；

又∵   一定质量的物体运动其位移与速度和时间的函数关系是：

X=△V△t

∴     △t= F/k△V

式中△t为t₂-t₁时间间隔；△V为V₂-V₁一定质量的物体运动速度。

当拉簧拉力值F一定时，一定质量拉簧回弹速度V约等于声速，这时拉簧回弹的时间t之比值就很小，k是弹性系数（kg/mm）。

如图4所示，阀杆连接组件位于底板181和顶板182之间的空间内，其包括与阀杆17固定连接的延长轴20和固定在该延长轴20的一根杠杆21。延长轴20穿过底板181与阀杆17固定连接，延长轴20与阀杆17同轴，杠杆21以延长轴20作为转轴，同芯双拉簧191一端拉簧座上具有安装孔，安装孔套接在杠杆21端部设置的支杆上，与杠杆21转动连接。采用此结构的阀杆连接组件结构简单，在蓄能组件19产生的拉力的作用下，能够快速带动阀杆17转动。而且在阀门复位组件对阀杆连接组件施加反向作用力关闭阀门时，阀杆连接组件还能拉动蓄能组件19伸长进行蓄能。

如图4所示，阀门复位组件包括棘轮、棘齿机构和驱动机构，棘轮、棘齿机构的棘轮22固定安装在阀杆连接组件的延长轴20上，棘轮22以延长轴20为中心轴，棘齿23是与驱动机构连接，棘齿23均布有四个，相应的棘轮22上设有四个槽。驱动机构设在顶板182上，其包括驱动电机、链轮机构26和蜗轮蜗杆减速器25。驱动电机受定向拆解秸秆纤维设备的控制系统控制可作正反向旋转，其为一种直流励磁电机，驱动电机通过链轮机构26的与蜗轮蜗杆减速器25连接，在链轮机构26和蜗轮蜗杆减速器25之间还连接有摩擦离合器，可以起到过载保护的作用。驱动电机与链轮机构26的主动链轮连接，从动链轮与蜗轮蜗杆减速器25的蜗杆连接，蜗轮轴穿过顶板182伸入底板181和顶板182之间的空间内，在蜗轮轴上设有一个用于安装棘齿23的转盘24，四个棘齿23在转盘24上沿圆周方向均匀分布。在开启阀门时，驱动电机要先反向旋转，转盘24反向转动90°，转盘24带动棘齿23脱离棘轮22，以使棘轮22能够自如转动，然后才能进行阀门的开启。在关闭阀门时，驱动电机正向旋转，产生的动力经过链轮机构26、蜗轮蜗杆减速器25传递至转盘24，转盘24带动棘齿23一起转动，棘齿23与棘轮22啮合，棘齿23推动棘轮22转动，杠杆21随之转动，阀门逐渐被关闭，同时完成蓄能组件19的储能工作。

快速开启装置还包括安装在固定座18的底板181上的在阀门关闭后将杠杆21锁紧的锁紧机构，如图5所示，该锁紧机构包括一个锁块29，锁块29转动连接在设在底板181上的与延长轴20平行的支杆上，锁块29与杠杆21相配合，锁块29上具有弧形的锁止面，杠杆21的一端部为与该锁止面形状相同的曲面，同芯双拉簧191是与杠杆21的另一端连接，在锁块29上还固定安装有一个弧度为35°的扇形齿轮28，扇形齿轮28与设在底板181上的一个由解锁电机驱动的主动齿轮27啮合，解锁电机也与定向拆解秸秆纤维设备的控制系统连接受其控制，控制解锁电机的转速为30r/min。在阀门接近完全关闭时，杠杆21反向转动向锁块29的位置靠近，当锁块29端部的曲面与锁块29上的锁止面接触时，杠杆21带动锁块29同步转动，直至阀门完全关闭时，锁块29端部的曲面与锁块29上的锁止面完全接触，杠杆21即被锁紧；在阀门开启的初始阶段，解锁电机驱动主动齿轮27转动，主动齿轮27驱动扇形齿轮28转动，扇形齿轮28带动锁块29转动，锁块29通过其上的锁止面拨动杠杆21转动，进行解锁，蓄能机构即开始释放能量，开启阀门。将上述结构的锁紧机构应用在本快速开启装置上，结构简单，能够将杠杆21完全锁紧，工作可靠，而且可以快速解锁。

这种快速开启装置结合上述各组件，整体形成了一种可以确保阀门在毫秒级时间内快速开启的装置，实现了定向拆解秸秆纤维设备的解压卸料阀6在毫秒级时间内快速开启，使解压卸料阀6的解压时间满足工艺规定要求，可以确保定向拆解秸秆纤维设备能够形成稳定“汽体爆炸”效果，同时实现解压卸料阀6的快速卸料。

如图1所示，纤维膨胀仓7与解压卸料阀6的出口通过管道进行连接，拆解罐1中解压排出的秸秆经过解压卸料阀6最终进入纤维膨胀仓7中，由于拆解罐1内的工艺参数是按照秸秆定向拆解纤维要求预先设定的，所以秸秆维管及孔隙内的压力汽体在纤维膨胀仓7内使秸秆物料立刻发生膨胀相变，伴随着清脆的响声秸秆物料被拆解成秸秆纤维。

如图1所示，在纤维膨胀仓7上设有迷宫式消声器8和防失稳机构9。防失稳机构9设在纤维膨胀仓7的底部，防失稳机构9由多个具有弹性支撑功能的支腿构成。迷宫式消声器8设在纤维膨胀仓7的顶部，与外界大气连通。由于纤维膨胀仓7不断的接收来自拆解罐1解压泄放的纤维和余压，因此纤维膨胀仓7防失稳机构9不可缺少，另外在拆解罐1解压形成“汽体爆炸”过程中，还伴随响声，因此在纤维膨胀仓7上除设有防失稳机构9外，还有迷宫式消声器8；与纤维膨胀仓7的下部的纤维出口处还可以连接一个旋风分离机，用于分离不同比重的纤维。

采用上述的结构，该定向拆解秸秆纤维设备将过热蒸汽发生器5产生350C°蒸汽加热、外接高压空气压缩机3和开启时间不超过1ms的解压卸料阀6相结合，整体可以实现拆解罐1内的压力、温度和秸秆含水率的独立控制，能够形成稳定“汽体爆炸”效果，保证了秸秆纤维势如破竹的定向拆解特质，而不损坏秸秆中的纤维，可以保证各种类型秸秆在“汽体爆炸”脉冲时间范围内被拆解成高值化的纤维，这是本设备与现有技术相比最大的不同。而低于“汽体爆炸”脉冲时间范围在技术上将大打折扣，低于秸秆纤维与木质素连接强度的临界压力值，甚至不能打开纤维与木质素的连接，出料口全是生料。

本实施例的定向拆解秸秆纤维设备的拆解方法包括如下的步骤：

（1）根据需拆解的生物质秸秆物料种类的不同，在控制系统中预先设定拆解罐1内的压力、温度和秸秆含水率三项工艺参数的数值；

（2）控制系统控制拆解罐1上端的加料阀2开启，将事先切断并经过软化处理的秸秆物料从加料阀2输送到拆解罐1内，输送完毕后，关闭加料阀2；

（3）预热拆解罐1，控制系统同时检测拆解罐1内部温度，直至拆解罐1的温度上升至设定温度值，开启过热蒸汽发生器5的进水阀，水在过热蒸汽发生器5内迅速汽化，产生的350C°高温蒸汽被输送到拆解罐1内；控制系统检测拆解罐1内的秸秆含水率，并通过控制进水阀的开启和关闭，确保秸秆含水率在设定值范围内，继续确保秸秆处于便于被定向拆解成纤维的状态；

（4）关闭过热蒸汽发生器5的进水阀，打开加压阀4，空气压缩机3开始给拆解罐1内加压，直至拆解罐1内的压力上升至设定压力值后，关闭加压阀4；

（5）控制系统检测拆解罐1内的压力、温度、秸秆含水率三项工艺参数均达到设定值后，控制系统控制拆解罐1下端的解压卸料阀6在1ms的时间内开启，在拆解罐1内的压力作用下，秸秆物料立刻被喷到纤维膨胀仓7中，秸秆维管及孔隙内的压力汽体在纤维膨胀仓7内使秸秆物料将立刻发生膨胀相变，伴随着清脆的响声秸秆物料被定向拆解成秸秆纤维；

（6）将纤维膨胀仓7中的秸秆纤维取出，最后按纤维比重进行旋风分离。

在上述步骤（2）中，输送至拆解罐1内的生物质秸秆物料的总量占拆解罐1总体积的2/3，即秸秆物料的高度要达到拆解罐1的2/3高度，而拆解罐1上部剩余的空间可以确保设备解压后有充裕的恒定气压将秸秆物料压送到纤维膨胀仓7内。

在上述步骤（5）中，控制系统检测拆解罐1内的压力、温度、秸秆含水率三项工艺参数均达到设定值后，控制系统控制解锁电机启动，锁块29转动，使杠杆21解锁，同时蓄能组件19推动杠杆21摆动，杠杆21带动解压卸料阀6的阀杆17在1ms的时间内转动，开启阀门，在拆解罐1内的压力作用下，秸秆物料立刻被喷到纤维膨胀仓7中，在纤维膨胀仓7中秸秆物料被拆解成秸秆纤维；在卸料完毕后，阀杆复位组件驱动杠杆21反向摆动，带动阀杆17转动开始关闭阀门，在杠杆21摆动的同时，杠杆21反向推动蓄能组件19收缩进行蓄能，直至阀门完全关闭，杠杆21并被锁紧机构锁紧。

生物质秸秆物料可以为事先切断并软化处理后的水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆或者其它种类的秸秆，竹木等。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种过热蒸汽发生器，用于定向拆解秸秆纤维设备上，定向拆解秸秆纤维设备包括用于盛装秸秆物料的拆解罐和与拆解罐连接的对拆解罐内的秸秆物料加压的空气压缩机，过热蒸汽发生器向拆解罐内输送蒸汽，其特征在于：所述过热蒸汽发生器主要由加热单元构成，加热单元包括内部设有介质通道的加热壳体和设在加热壳体内的对进入介质通道的介质加热的干烧加热管，加热壳体用于安装在所述拆解罐上，加热壳体设有与介质通道连通的介质进口和介质出口；

所述加热单元设有通过外设管道依次连接的三个，第一个加热单元为将进入其加热壳体中的液态水介质直接汽化转变成蒸汽的一级加热单元，第二个加热单元为将一级加热单元流出的蒸汽接力加热的二级加热单元，第三个加热单元为将二级加热单元流出的蒸汽接力加热至设定温度的三级加热单元；一级加热单元上的介质进口处设有进水阀，三级加热单元的介质出口向拆解罐内输送蒸汽；

在加热单元中未通入介质的情况下，加热单元中的干烧加热管通过干烧对拆解罐的外筒体加热；且在加热单元中通入空气的情况下，经加热后产生的高温热空气进入拆解罐中对秸秆物料进行烘燥，以降低拆解罐内秸秆物料的含水率。

2.根据权利要求1所述的过热蒸汽发生器，其特征在于：所述加热壳体的介质通道中沿长度方向设有多个挡板，挡板交错布置，形成的介质通道为让介质通过的蛇形加热通道。

3.根据权利要求2所述的过热蒸汽发生器，其特征在于：所述干烧加热管外套有盲管，盲管与干烧加热管之间具有呈封闭状态的空腔。

4.根据权利要求3所述的过热蒸汽发生器，其特征在于：所述盲管穿过各个所述挡板。

5.根据权利要求2或3或4所述的过热蒸汽发生器，其特征在于：所述挡板设有四块。

6.根据权利要求5所述的过热蒸汽发生器，其特征在于：所述一级加热单元、二级加热单元和三级加热单元采用电气Δ或Y接法。

7.根据权利要求6所述的过热蒸汽发生器，其特征在于：所述加热单元的加热壳体为矩形管结构。